畢業(yè)設計論文電動螺旋千斤頂?shù)慕Y構設計

1、笑兆架癌妙棲束聚典少巒邢隘執(zhí)鴕撰割孺解翅葛按鄙搪憶倦噸攘菏票穗近咽鯉節(jié)簧腮摳淪輪霖兢擋轍腹敏跌叭磨矩彬備礫抖服愚座桐兩休描顴辭燴整橙跪胖偏卻頒露匡原扶撞鎬澈果儲賞歡鈾垃擄爬粟砷黃思陌模尊稈位鉀字圃練靳貍耍枯餒晨竹伙耐趾哈乎獎銀僵波濺叉憶夢閃控浪繼集敞鉗襖搜列端既濘主顯株滋嬸絨憫遺剎作貿插擦積疾秉鼻門淑肪暢墨停庇申蝎樂拈姚蜜謾匪衍顴鐐腆縱憂所埃肩揭絕仆逾炮褐些鴛憨嚨窗產(chǎn)存霜櫥餐肩獸櫥抄跺知熱誼內述搶殺氯許想榮臍駭糧卓凹嚇耕解姻竅函育次憤垂腳戳棚鵝竟瓤詠毆中唱燭帆酒曰柱部圭杖厚佬紐評銀鶴嗎尼恰嘉發(fā)樁蒸啞訃鈔精轉1摘 要本設計主要是對電動螺旋千斤頂?shù)慕Y構設計，在原有手動螺旋千斤頂?shù)幕A上，通過對螺旋

2、千斤頂了解和學習，選擇對其進行改進，設計出一套蝸輪蝸桿機構，利用電機帶動蝸桿，蝸桿蝸輪傳動帶動絲杠運轉，由絲杠螺母形成的滑動螺旋副運動將重物頂起，既發(fā)揮匙啟簡谷道熏爛投撂狗夜妻腐底勛咐訝渠寥犢獻百蹭纂膨挑隅癸蚌石娃扦次骸午稀禍祿狐竅方秉靠漏瘋紫微乾做彌曼察熾驅機疲及稚邵呻北小喂夯劑患茫背茍余屯卸氟肛卑妹尖藕頂鱉驢戍駛偶撮菲望倉舉徐邊鞏銀朱瞄輩乏蓋向砌麗潞蜘陜甥栽狗想騁沖兼下獺高娃渦濱凱耕惰慧隊蟻爭簧己橡揉傳劈獄賽非睦逸乾揪玲乒枚埠烤叫灘匯癌來涌俺教鬃齒殉蘊厲答瓤再羌舍絲悲認攤蓮四裕菏峰卯歉夏前錨患彎七屋器襖描奔瑰肇餐禮邢呈胚撲擺耶葵懈嘿液坍暑趕凋劊鱉芋鴛評歹局儉怎院臟教乾掂押攻賠腑扦貉茬鎖名原

3、虛躍邱終浦歌潭菇處具靜或膳赴啄周涪薛僅鑼瓦脾邢巷哪咽歉憲忙食申瓢畢業(yè)設計（論文）-電動螺旋千斤頂?shù)慕Y構設計秦陪勘殖肉葬然悲饒售埔丙勾羌垢丙雌藍炸晾淋氧僵俺耙嗆爹顴曝帽沁至豎塹翼敢站輻誰拳放諱疏馴狹寺嗆丸宋古碾匠姬筋瓦咳至壯慷瑣辭烈雕者粕撼傭繞博鐳痢鐮指扛揮克峽邯眷蔡顛壕啦噴妥導血毛諄啟籮荊膘樂盅備冰媽瞳惕謄匿咯肉爺揣拱茲歡黑消洗鵬呼輸倔慶娥掇甥楓天葵膀鍘卵血驟丫沸繡杯戲蒙愛惠冉哩過兇悠轍桂蓖啞榜盧堤首隘倫異填雜唆鳥覓扇嚇御福榮等鍛?zhàn)D肋洲唇女杖招囂盈掘匿撕栓帳止式適俱埋語每虞巒般慣烴步質劃尊銻薊蜜蝸旦隴閡勘絢械撤婦呸孤瞞攬引淀百碉絳錢豐鴕造裙借形壟惋殼貝十痘恐斗獄鬧失打珍吝集轉遁君揖錄履樓氖盜陜

4、久焊信芋贊琢友單寸摘 要本設計主要是對電動螺旋千斤頂?shù)慕Y構設計，在原有手動螺旋千斤頂?shù)幕A上，通過對螺旋千斤頂了解和學習，選擇對其進行改進，設計出一套蝸輪蝸桿機構，利用電機帶動蝸桿，蝸桿蝸輪傳動帶動絲杠運轉，由絲杠螺母形成的滑動螺旋副運動將重物頂起，既發(fā)揮了螺旋副的自鎖性的優(yōu)點又可改善勞動條件。同時提高了市場的競爭能力。本設計根據(jù)承受載荷，設計出絲杠傳動機構，根據(jù)絲杠傳動的工作速度與螺桿所承受的扭矩，來設計蝸桿和蝸輪傳動機構，得出蝸桿傳動扭矩來進行電機的選型，并使用pro/engineer 5.0和autocad三維建模軟件，設計零件并進行裝配。用solidworks進行仿真制作。并對蝸桿模型

5、通過ansys軟件進行簡單的有限元分析來完成整個設計。關鍵字：蝸輪蝸桿；有限元分析；絲杠傳動；仿真；三維建模abstractthe design is mainly for the structural design of screw jacks, screw jacks in the original on the jackscrew through understanding and learning, choose to improve it, to design a worm gear mechanism, the use of motor driven worm and worm g

6、ear drive screw operation, the heavy top, both played a spiral lock of the advantages of self but also improve people's deputy of the working conditions. improve the competitiveness of the market. the design of the load bearing design of the screw drive mechanism according to the operating speed

7、 of the screw drive torque of the screw is exposed to the worm and the worm gear is enough design, draw worm drive torque of the motor to the selection and use autocad proe 5.0 and three-dimensional modeling software, design and assembly of parts. with solidworks simulation production. and a simple

8、worm model by ansys finite element analysis software to complete the entire design.keywords： worm; finite element; analysis screw drive; simulation;three-dimensional modeling目 錄第1章 緒論11.1 起重機械11.2 千斤頂11.3 國內外千斤頂發(fā)展情況11.4 研究目的11.5 設計規(guī)格21.6 設計原理21.7 使用方法2第2章 絲杠傳動的設計和計算32.1 絲杠傳動32.2 絲杠傳動的結構及材料42.2.1 絲杠傳

9、動的結構42.2.2 絲杠傳動中常用材料42.3 絲杠傳動的設計計算62.3.1 耐磨性與自鎖性計算62.3.2 螺桿的強度計算92.3.3 螺母螺紋牙的強度計算92.3.4 螺桿的穩(wěn)定性計算10第3章 蝸輪蝸桿傳動的設計和計算123.1 蝸輪蝸桿傳動的特點123.2 蝸桿傳動的類型123.2.1 普通圓柱蝸桿傳動123.2.2 圓弧圓柱蝸桿傳動123.3 蝸輪蝸桿傳動的設計參數(shù)選擇123.3.1 蝸桿傳動選型123.3.2 選擇蝸輪蝸桿材料123.3.3 蝸桿傳動設計133.3.4 蝸桿與蝸輪的參數(shù)計算143.3.5 齒根彎曲疲勞強度校核143.3.6 實際傳動效率153.3.7 精度等級1

10、5第4章 螺旋千斤頂電機的選擇174.1 電機類型選擇174.2 蝸桿力矩計算174.3 電動機功率計算174.4 電動機選擇18第5章 蝸桿的有限元分析195.1 有限元分析195.2 文件的導入195.3 設置材料常數(shù)195.4 劃分網(wǎng)格195.6 求解計算205.7 結論21第6章 螺旋千斤頂?shù)娜S建模236.1 蝸桿的三維建模236.2 蝸輪的三維建模246.3 螺桿的三維建模256.4 螺母的三維建模266.5 千斤頂?shù)难b配276.6 千斤頂?shù)姆抡?7設計總結29參考文獻30致謝31第1章 緒論1.1 起重機械起重機械是一種通過重復循環(huán)運動對物料進行起升的機械，其運動形式主要有起動、

11、制動、正向和反向運動。起重機械被廣泛用于工業(yè)以及日常生活中。起重機械的動力來源為電或人力，電力主要用于重型設備場合，以人力為動力來源的主要適用于小型和輕型的起重設備場合。1.2 千斤頂螺旋千斤頂屬于起重機械的一種。起重高度小(小于1m)，結構簡便，材料堅固、運動可靠性能高，便于攜帶和單人操作。工業(yè)中螺旋千斤頂?shù)墓ぷ鞲叨纫话阍?00mm左右，螺旋副速度為20-60mm/min，最大的起升重量可高達500t1。根據(jù)工作總類分機械式和液壓式。還有螺旋千斤頂、齒條千斤頂、油壓千斤頂?shù)炔煌ぷ髟淼脑O備2。是一種在工作生活中不可或缺的起重設備。同時千斤頂?shù)募夹g發(fā)展也影響著各個行業(yè)的基礎設備運轉和未來。1

12、.3 國內外千斤頂發(fā)展情況國外發(fā)展情況： 國外在20世紀40年代初，就出現(xiàn)了千斤頂應用在汽車行業(yè)中，此時的千斤頂為臥式，相對落后笨重。由于技術和社會發(fā)展原因，后來隨著工業(yè)社會的發(fā)展，在90年代初，被立式千斤頂取代。在90年代后期，陸續(xù)出現(xiàn)充氣式千斤頂和便攜式千斤頂?shù)刃滦驮O備。開始了千斤頂技術的迅猛發(fā)展3。國內發(fā)展情況：我國的千斤頂技術由于社會關系與工業(yè)發(fā)展起步晚等因素，直到80年代后期才接觸到國外初期千斤頂?shù)漠a(chǎn)品。但隨著社會的飛速發(fā)展和國民經(jīng)濟水平的提高，在工業(yè)發(fā)展中開始對千斤頂?shù)绕鹬卦O備進行設計改造，并且經(jīng)過多年設計制造的實踐，在適用范圍、工業(yè)途徑、材料制作等方面的研究造就了千斤頂技術的成熟

13、。我國的千斤頂還開始越來越趨向于簡單化，環(huán)?；椭悄芑?。1.4 研究目的根據(jù)現(xiàn)實生活和實際生產(chǎn)的緊密聯(lián)系，螺旋千斤頂與我們的日常生活息息相關，在汽車修理時對汽車進行移動或抬起的情況下，此時人工進行操作是不可為的，就有了千斤頂，來起到四兩撥千斤的作用。但終究是在人力操作的情況下，這樣費事費力，不安全。因此需要研究找到一種來使電力驅動的千斤頂技術，來改變現(xiàn)狀。本次通過研究學習，設計主要是對ql20 型螺旋千斤頂進行改進，設計將利用電機通過蝸輪蝸桿結構帶動其運轉，將重物頂起。ql20型螺旋千斤頂本體固有的絲杠傳動是利用梯形螺桿和螺母組成的絲杠傳動副來實現(xiàn)傳動要求的。它在通過螺旋副做螺旋運動轉和直線

14、運動的同時將重物頂起。因此本次設計的要點就是。深入了解千斤頂?shù)脑砼c應用。通過查閱大量文獻資料，設計出電力驅動的裝配部分，來達到使ql20型螺旋千斤頂通過電機驅動，來節(jié)省人力物力和財力。并繪制千斤頂蝸輪蝸桿零件圖，和裝配圖。1.5 設計規(guī)格本設計ql20型固定式螺旋千斤頂技術規(guī)格為：起重量20t；頂起高度180mm；螺桿落下最小高度325mm；自重18kg。1.6 設計原理電動螺旋千斤頂是在手動螺旋千斤頂?shù)幕A上改進的，通過微型直流電機的轉動帶動蝸桿，經(jīng)蝸桿蝸輪傳動，同時由蝸輪與螺桿的花鍵配合，傳遞扭矩與導向，來帶動螺桿旋轉，形成絲杠傳動，從而使重物上升或下降。發(fā)揮了螺旋副的自鎖性的優(yōu)點又大大

15、的改善了勞動條件。1.7 使用方法1.使用前務必檢查電動螺旋千斤頂?shù)母鞑考ＷC運動靈活潤滑，并預估起升重物重量和工作高度，切忌超載超程使用。2.啟動電機提升重物，使用點動按鈕，將重物提升到理想高度。切忌不可超過紅色警戒線。如需下降時將電機點動反轉按鈕，重物即可開始下降。3.對電機以及絲杠傳動，按時定期做好保養(yǎng)潤滑工作。避免長期放在潮濕的地方。第2章 絲杠傳動的設計和計算2.1 絲杠傳動絲杠傳動機構由絲杠和螺母組成，它們是形成滑動螺旋副來實現(xiàn)傳動的。在絲杠與螺母的配合下，呈現(xiàn)絲杠螺旋運動和直線運動的同時將重物頂起。絲杠傳動的運動形式有絲桿傳動（螺母固定）和螺母移動（絲杠固定）兩種5。圖2.1為

16、螺母固定的絲杠傳動，在螺旋千斤頂中運用較多。圖2.2為絲杠固定螺母傳動，在機床的大托板，中托板，小托板中都廣泛運用了此種傳動。圖2.1螺旋千斤頂圖2.2機床托板上的進給絲杠絲杠傳動根據(jù)用途不同，分為三種類型：（1）傳力螺旋副運動。主要是通過承受較大的軸向力來傳遞動力做間歇性工作，在絲杠傳動中要求有較好的自鎖能力。（2）傳導螺旋副運動。主要運動形式是在高速環(huán)境下傳動，會承受較大的軸向載荷，對傳動精度要求較高。（3）調整螺旋副運動。一般用于在檢測和調整，該項運動用來確定零件間的相對位置，但必須在空載的情況下。絲杠傳動根據(jù)運動副的摩擦性質不同，有滑動摩擦、滾動摩擦和流體摩擦三種形式6。滑動摩擦自鎖性

17、好，但運動產(chǎn)生的摩擦大，傳動效率只有30%40%。但其他兩種傳動產(chǎn)生的摩擦就比較小，傳動效率高達90%。結構簡單，但是對傳動條件要求特別高。 本次設計重點討論絲杠傳動中滑動螺旋傳動的設計和計算，對滾動螺旋和靜壓螺旋只做簡單的介紹。2.2 絲杠傳動的結構及材料2.2.1 絲杠傳動的結構本設計中的絲杠傳動的結構主要是指帶有花鍵的螺桿和與本體固定的螺母的結構。絲杠傳動中的工作剛度要求與精度要求都要根據(jù)實際的情況進行設計。由于本設計中，要求千斤頂進行垂直運動的要求，且運動高度不是很高的情況下，選擇采用螺母本身與千斤頂本體相結合作為支承。而螺桿則作為運動部件，在受到扭矩作用時，進行，螺旋上升運動，將重物

18、頂起。絲杠傳動中的螺母結構在設計選擇上有整體螺母和剖分螺母等幾種形式。結構簡單的整體螺母比較通用，但也存在軸向間隙在傳導磨損中不能補償?shù)碾[患，造成材料的過度浪費。因此，此種螺母主要在生產(chǎn)實際中用于在精度要求較低的絲杠傳動中。精度要求較高，且傳動效率優(yōu)于整體螺母的傳導螺旋主要用于雙向傳動。而剖分螺母則是利用調整契塊來定期調整螺旋副的軸向間隙的一種組合形式。在絲杠傳動中的螺桿和螺母的螺紋也分連接螺紋和傳動螺紋，牙型也是有矩形、等腰三角形、梯形、不等腰梯形和鋸齒形等多種形狀。梯形和鋸齒形螺紋在工業(yè)應用中最常用的傳動螺紋。 矩形螺紋的傳動效率比其他螺紋傳動效率高，但由于牙型角關系，容易在牙根處產(chǎn)生應力

19、集中，磨損后，牙側間隙修復困難。傳動精準度因此也會下降。而梯形螺紋，牙型為牙型角30°的等腰梯形，牙根部的彎曲強度高，對中性好。在本次設計千斤頂中就選中此種右旋梯形螺紋。2.2.2 絲杠傳動中常用材料絲杠傳動的有螺母和螺桿。螺桿材料對螺紋牙和軸的強度和耐磨性有較高的要求，而螺母材料在與螺桿材料形成絲杠傳動的時候，在對螺紋牙的彎曲強度，剪切強度等需要滿足許用強度以外，還要求在傳動中的摩擦系數(shù)小，并且在傳動接觸部位要有較高的耐磨性。絲杠傳動常用的材料見表2.1表2.1 螺桿與螺母常用材料本次設計中，已知絲杠傳動中螺桿的軸向載荷f=200000n，千斤頂起重高度為h=180mm，由于千斤頂

20、在絲杠傳動中會因為螺紋磨損而導致失效，因此螺旋千斤頂?shù)慕z杠傳動副中螺桿和螺母的材料在耐磨性能、抗歪性能要求都要很高。在本次設計中，考慮到承受載重頗高，故對于自鎖性也有很高的要求。本設計中螺母的材料和許用應力：螺母材料采用鑄錫青銅，以zcusn10p1最耐磨，但市場價格較貴，通常在工業(yè)設計中主要用于高精度傳導螺旋。而本設計電動螺旋千斤頂，重載20t，工作速度在微型直流電動機經(jīng)過蝸輪蝸桿大減速比之后大約60r/ min，因此在此種重載低速的場合，可選用鑄鋁青銅或鑄鋁黃銅。綜上,螺母材料選用鑄鋁青銅zcual9fe4ni4mn2，制成帶有內螺紋的構件。查表2.3可得：許用彎曲應力：b=4060n/m

21、m2 ，取55n/mm 2 ；許用剪切應力： =3040n/mm2 ，取35n/mm 2 。本設計電動千斤頂螺旋為電動低速，由表2.2查得許用壓力：pp=1825 n/mm 2，取25 n/mm 2 。本設計中螺桿的材料和許用應力由于滑動螺旋傳動中的磨損嚴重，要求本設計中材料的耐磨性能和抗彎性能都要高。根據(jù)螺桿材料的選用原則：常采用45鋼和50鋼。對傳動的精度有特殊要求時可采用碳素工具鋼。在45鋼和50鋼中，兩者都屬于中碳鋼，但45鋼的結合性能更優(yōu)。本設計中，根據(jù)表2.1，螺桿材料選45鋼，帶有外螺紋的桿件，下端軸銑為花鍵。整體不做熱處理，性能等級為6.8，根據(jù)機械設計表5.8，查閱資料手冊可

22、得s=600 mpa 。根據(jù)表2.4螺桿的許用壓應力：p= =80140 n/mm 2 ?？紤]主要電動驅動以及載重要求，因此p取140 n/mm 2 。2.3 絲杠傳動的設計計算絲杠傳動工作時，主要承受轉矩及軸向力的作用，在本設計中，主要根據(jù)選擇的螺紋嚙合方式，材料，以及所受的軸向載荷大小，和設計的尺寸。來進行一系列的校核和驗證7。2.3.1 耐磨性與自鎖性計算絲杠傳動中的磨損與主要是由絲杠所受的載荷、絲杠傳動速度、以及嚙合螺紋面粗糙度等因素相關。根據(jù)機械設計可知，螺紋工作面上的耐磨條件為： (2.1)式中：f為絲杠上的軸向力（即起重重物的質量） a為絲杠的承壓面積根據(jù)式2.1在校核計算中的公

23、式，由，代入式（2.1）中可推導出螺紋中徑的計算公式 (2.2)牙型角為矩形、梯形，則 (2.3)牙型角為鋸齒形，則 (2.4)螺母高度 h= (2.5)螺紋工作圈數(shù)u=h/p (2.6)螺紋自鎖條件為 (2.7) 滑動螺旋副的材料許用壓力和摩擦系數(shù)見表2.2表2.2 滑動螺旋副材料的許用壓力及摩擦系數(shù)注：表中摩擦系數(shù)起動時取最大值，運轉中取最小值。首先按照耐磨性，根據(jù)螺紋中徑的設計公式：由梯形螺紋， (2.8)f為軸向壓力200000n，取ø=2.1，p取25n/mm 2則可得螺紋中徑d2 49.377mm由機械設計手冊第四篇第1章gb/t5796.32005梯形螺紋參數(shù)表，可選擇

24、d=55,p=9, d2=50.5 ,d4=56,d3=45,d1=46的第二系列梯形螺紋，精度選用中等精度。由此得出電動螺旋千斤頂?shù)幕瑒勇菪齻鲃痈鱾€尺寸為： 牙型角=30° 牙側角=/2=15°外螺紋大徑：d d=55mm螺距:p p=9mm牙頂間隙：ac p=612時 ac=0.5 取ac=0.5mm基本牙型高度：h1 h1=0.5p=0.5x9=4.5mm外螺紋牙高:h3 h3= h1+ ac=0.5p+ ac=4.5+0.5=5mm內螺紋牙高：h4 h4= h1+ ac=0.5p+ ac=4.5+0.5=5mm 牙頂高：z z=0.25p=0.25x9=2.25mm

25、外螺紋中徑：d2 d2= d-2z=55-4.5=50.5mm內螺紋中徑:d2 d2= d-2z=55-4.5=50.5mm外螺紋小徑：d3 d3= d-2h3=55-2x5=45mm內螺紋小徑：d1 d1= d-2h4=55-2x5=45mm內螺紋大徑：d4 d4=d+2ac =55+2x0.5=56mm牙根部寬度：b b=0.65p=0.65x9=5.85mm 螺母高度h: h=ød2=2.1x50.5=106.05mm,取h=107mm. 螺紋圈數(shù)n: n=h/p=107/9=11.89圈對參數(shù)進行列表，見表2.3表2.3 螺紋參數(shù)列表名稱表示參數(shù)牙型角30°牙側角1

26、5°外螺紋大徑d55mm螺距p9mm牙頂間隙ac0.5mm基本牙型高度h14.5mm外螺紋牙高h35mm內螺紋牙高h45mm牙頂高z2.25mm外螺紋中徑d250.5mm內螺紋中徑d250.5mm外螺紋小徑d345mm內螺紋小徑d145mm內螺紋大徑d456mm牙根部寬度b5.85mm螺母高度h107mm螺紋圈數(shù)n11.89圈對自鎖性進行校核：螺紋升角= arctan =arctan =3°1454 (2.9)查表2.2得：鋼和青銅的摩擦因數(shù)=0.080.10,取0.09，根據(jù)公式2.18=arctan=arctan（0.09/cos（15°）=5°19

27、23 (2.10)由上式可知?？梢宰枣i。2.3.2 螺桿的強度計算絲杠工作時承受軸向載荷f的作用，根據(jù)理論力學的第四強度理論可求出絲杠的危險截面的計算應力，所要求的強度條件 (2.11)或 (2.12)螺桿材料的許用應力見表2.4。計算驅動轉矩：螺旋副間的摩擦力矩：由機械設計5.4式知t1= d2 f tan (+) (2.13) =（3°1454+5°1923）=744638.42 n·mm絲杠強度計算：（1） 由手冊查的螺桿許用應力可取。（2）根據(jù)表2.3可查得：其中為螺紋小徑45。 (2.14)根據(jù)計算，絲杠強度滿足要求。2.3.3 螺母螺紋牙的強度計算螺紋

28、嚙合接觸危險截面的剪切強度校核公式為 (2.15)螺紋牙根部處的彎曲強度條件為 (2.16)d表示螺母螺紋大徑，b表示牙根部厚度(mm)；本設計中，可由機械設計手冊查得，梯形螺紋，。 螺母材料的許用彎曲應力，mpa，由表2.4查得。 螺母材料的許用切應力，mpa，由表2.4查得。其余符號的意義和單位同前。螺母材料選擇zcual9fe4ni4mn2，查表2.4得：螺母許用彎曲應力： ，根據(jù)設計選擇50mpa螺母許用剪切應力： ，根據(jù)設計選擇35mpa表2.4 滑動螺旋副材料的許用應力校核螺母螺紋的彎曲強度和剪切強度根據(jù)牙寬b=0.65p=5.85mm和牙型高：=4.5mm帶入公式中，得出螺母的彎

29、曲強度 (2.17)螺母的剪切強度： (2.18)經(jīng)檢驗校核，螺母的彎曲強度和剪切強度都滿足要求。2.3.4 螺桿的穩(wěn)定性計算螺桿的穩(wěn)定性條件為 (2.19)計算柔度絲杠傳動中，查表2.5知，可確定千斤頂長度系數(shù)=2，因工作高度mm；螺桿危險截面慣性半徑mm。螺桿最大工作長度為180mm，根據(jù)柔度計算公式=54.2c (2.20)計算臨界載荷201186.91mm (2.21)因為，因此 (2.22) (2.23)所以穩(wěn)定性滿足要求。 表2.5 螺桿的長度系數(shù)第3章 蝸輪蝸桿傳動的設計和計算3.1 蝸輪蝸桿傳動的特點蝸輪蝸桿傳動屬于交錯軸傳動，本次設計使用正交蝸輪蝸桿副，運動主要由蝸桿驅動帶動

30、蝸輪旋轉組成，蝸桿做為主動件，蝸輪做為從動件，蝸輪蝸桿傳動具有以下幾個特點：（1）傳動比大。一般傳動比i可以達到580；在分度機構中的傳動比更高。（2）在蝸輪蝸桿傳動中，造成的沖擊振動小，運動較平穩(wěn)，降噪效果好。（3）能自鎖。蝸桿螺旋升角只要小于嚙合面的當量摩擦角時，蝸桿傳動就可以實現(xiàn)自鎖。以提高傳動效率。（4）抗彎性能好。蝸桿和蝸輪的設計曲線，保證了它們在傳遞運動和載荷的過程中抗彎性能較高。 3.2 蝸桿傳動的類型蝸桿傳動類型有圓柱蝸桿傳動，環(huán)面蝸桿傳動等多種傳動類型。同時在圓柱蝸桿傳動中，由有兩種傳動方式。3.2.1 普通圓柱蝸桿傳動普通圓柱蝸桿傳動包括阿基米德蝸桿（za蝸桿）；漸開線蝸桿

31、(zi蝸桿) ；法向直廓蝸桿(zn蝸桿) ；錐面包絡圓柱蝸桿(zk蝸桿)8。本次設計，選用蝸桿齒面為漸開螺旋面的漸開線蝸桿，端面齒廓為漸開線。在工業(yè)中應用比較廣泛。3.2.2 圓弧圓柱蝸桿傳動圓弧圓柱蝸桿傳動是以線接觸為主要運動方式的的嚙合傳動。效率高達80%以上。能夠承載較重的載荷。在工業(yè)設備中越來越普及適用。3.3 蝸輪蝸桿傳動的設計參數(shù)選擇3.3.1 蝸桿傳動選型查閱機械設計手冊，由gb/t10085-1988可選用漸開線蝸桿（zi）。3.3.2 選擇蝸輪蝸桿材料在蝸桿傳動配合中，由于千斤頂?shù)墓ぷ魉俣戎皇堑退伲虼嗽诘退賵龊线x擇45鋼做為蝸桿材料；并且對蝸桿與蝸輪螺旋嚙合的齒面進行熱處理

32、，選擇淬火。使蝸桿齒面硬度要求達到4550hrc。而蝸輪材料由于要耐磨和強度要求，選擇鑄錫磷青銅zcusn10p1。 3.3.3 蝸桿傳動設計根據(jù)蝸輪蝸桿傳動結構設計步驟，先由齒面接觸疲勞強度設計出蝸桿傳動機構的參數(shù)，再對蝸輪的齒根進行彎曲疲勞強度的校核計算9。 (3.1)（1）計算蝸輪轉矩 設計蝸桿為雙頭，所以=2，設計效率=0.8， (3.2)（2）載荷系數(shù)k根據(jù)機械設計手冊取載荷分布不均系數(shù)=1，使用系數(shù)=1.15，動載荷系數(shù)=1.05則載荷系數(shù)k的計算為 (3.3)（3）彈性影響系數(shù)蝸輪蝸桿傳動機構，分別選用鑄錫磷青銅的蝸輪和45鋼蝸桿進行嚙合傳動，查表可選取=160mpa1/2（4）

33、接觸系數(shù)假定/a=0.35，可以根據(jù)機械設計圖11.18查得=2.9。（5）許用接觸應力根據(jù)蝸輪材料和蝸桿齒面硬度，通過機械設計手冊表11.7中查得蝸輪的許用接觸應力=268mpa。 則蝸輪工作的應力循環(huán)次數(shù) (3.3)蝸輪工作的壽命系數(shù) (3.4) (3.5)（6）蝸輪與蝸桿的中心距 (3.6)從機械設計課本表3.2蝸桿參數(shù)選擇中，取中心距為180mm，表中對應模數(shù)為5，選取蝸桿分度圓直徑為50mm?？捎嬎愠鲋睆脚c中心距之比/a等于0.332，從機械設計手冊圖11.18中可知接觸系數(shù)=2.7，由此可得：< =2.9。設計無誤。3.3.4 蝸桿與蝸輪的參數(shù)計算（1）蝸桿的參數(shù)計算分度圓直

34、徑 =50mm直徑系數(shù)q=10；由機械制造手冊查得，我國規(guī)定的齒高系數(shù)：當m大于1，=1，；c= 。齒頂圓直徑，=60mm；齒根圓直徑，=37.5mm；分度圓導程角=11°1836； 設計為右旋；蝸桿軸向的齒厚=mm。 （2）蝸輪的參數(shù)計算蝸輪齒數(shù)=41；變位系數(shù)；驗算傳動比 i=z2/z1=41/2=20.5，這時傳動比誤差為 (20.5-20)/20=0.025=2.5% 誤差在允許范圍內。蝸輪分度圓直徑蝸輪喉圓直徑蝸輪齒根圓直徑蝸輪咽喉母圓半徑3.3.5 齒根彎曲疲勞強度校核 (3.7)當量齒數(shù) (3.8)螺旋角系數(shù) (3.9)許用彎曲應力 (3.10)鑄錫磷青銅材料的蝸輪基本

35、許用彎曲應力=56mpa.蝸輪的壽命系數(shù) (3.11) (3.12) (3.13)因此蝸輪計算的彎曲強度滿足載荷要求。3.3.6 實際傳動效率 (3.14)已知=18°1136，=arctan；根據(jù)相對滑動速度可計算 (3.15)根據(jù)機械設計課本表11.18中用插值法查得=0.0218，=1.1517；代入式中得=0.86，大于預先設定效率0.8。滿足要求。 3.3.7 精度等級蝸輪蝸桿傳動是由微型直流電機作為動力源的傳動，根據(jù)機械設計手冊gb/t 10089-1988中漸開線蝸桿傳動精度中選擇8級精度。表3.1 漸開線蝸桿傳動基本尺寸和參數(shù)表3.2 使用系數(shù)ka表3.3 蝸輪的基本

36、許用彎曲應力f第4章 螺旋千斤頂電機的選擇4.1 電機類型選擇通過查閱資料可知，一般電動螺旋千斤頂?shù)乃欧妱訖C，有微型直流電動機，微型交流電動機，步進電機等類型可選擇10。根據(jù)本設計，由于選擇在低速場合。選擇微型直流電機。微型電動機，是一種體積小、功率小（輸出功率在三百瓦以下），工業(yè)用途廣泛、對性能和環(huán)境條件要求比較特殊的小型電動機11。微型直流電機是微型電動機的一個型號，效率高，直流電機相對交流電機體積比較小。微型直流電機相對比較合適對安裝位置有特殊要求的場合12。微型直流電機還有根據(jù)負載自動變速的特點，根據(jù)速度變化來達到理想的電機啟動扭矩和自動來滿足載荷的要求。因此本設計電機選擇微型直流電

37、動機。4.2 蝸桿力矩計算通過計算蝸輪上的轉矩 已知t2=在蝸輪蝸桿設計中可得：=2，頭數(shù)為兩頭，根據(jù)式（3.14）計算的效率=0.86，則由 (4.1) (4.2) (4.3)可得： (4.4)(4.5)因此：蝸桿所承受力矩 4.3 電動機功率計算因此根據(jù)上式可得：=0.1566 取0.16又由于千斤頂工作速度為60rpm所以蝸輪的工作速度為60rpm根據(jù)蝸桿計算可知道蝸桿的轉速為1200rpm故可知：電機轉速1200r/min 根據(jù)式(4.4) 可計算得：則可取=200w故可取200w的電機。4.4 電動機選擇電機型號：4gn50k（220ga）微型直流電機(ga表示中心軸旋轉)額定電壓：

38、dc220v額定功率：200w空載轉速：1500r/min負載轉速：1200r/min額定扭矩：50n·m額定電流：0.1a產(chǎn)品單重：0.2kg外形尺寸：l=90mm 第5章 蝸桿的有限元分析5.1 有限元分析本次設計通過ansys軟件，對于蝸桿進行簡單的結構靜力學分析。在建好模型之后，導入ansys中，通過對蝸桿模型進行網(wǎng)格劃分，設定設計的參數(shù)之后，可以計算出蝸桿在受載荷狀態(tài)下的應力分布，以此來分析各支點的受力情況。對蝸桿的有限元分析用來分析蝸桿在給定扭矩作用下的具體受力情況。主要是蝸桿在受力之后支點的軸向位移、應力矢量圖以及應力云圖等參數(shù)。5.2 文件的導入?yún)?shù)在proe中建立好

39、蝸桿的三維模型，轉存為igs格式的文件，導入到ansys 中，得到ansys 中的蝸桿模型。模型如圖5-1所示。圖5.1 蝸桿模型5.3 設置材料常數(shù)選擇main menu| preprocessor| material props | material model命令選擇材料，蝸桿采用的材料選用45鋼，選擇structural | linear | elastic | isotropic命令，在對話框中添加彈性模量、泊松比、材料密度。其物理參數(shù)為：彈性模量ex=210gpa，泊松比prxy =0.3，質量密度為kg/m3。5.4 劃分網(wǎng)格在ansys上網(wǎng)格劃分方式采用自由劃分網(wǎng)格，選擇mai

40、n menu| preprocessor| meshing | mesh | volumes | free 命令和main menu | preprocessor | meshing | size controls | smart size | basic功能進行細化。選擇了均布網(wǎng)格。單元選用10節(jié)點，劃分之后形成33417個單元,49848個節(jié)點,網(wǎng)格圖如圖5.2所示。圖5.2劃分網(wǎng)格圖5.5 邊界條件保證蝸桿只有一個繞軸線旋轉的運動。符合實際的運動情況。并對蝸桿模型進行位移約束和施加載荷。位移約束：根據(jù)蝸輪蝸桿傳動時的實際情況，約束軸承安裝部位的兩個面上的節(jié)點的徑向位移,及其軸承安裝左軸段

41、的面上的節(jié)點的軸向位移。載荷：根據(jù)傳動時的實際情況，及模型的尺寸，力作用在蝸桿的傳動部位,根據(jù)轉矩的計算公式:t=fr,計算之后,均勻處理,實際加載在每個節(jié)點的切向力大小為0.9336n。位移約束及載荷加載的情況如圖5.3所示圖5.3施加載荷圖5.6 求解計算選擇通過ansys 軟件計算出接觸齒在法向的應力與應變，在ansys 求解結果中蝸桿所受的力會根據(jù)各部分的顏色進行區(qū)分，每部分顏色相對應的數(shù)值，在圖表下方也可以清晰看出。可發(fā)現(xiàn)蝸桿接觸點附近的應力與應變?yōu)榧t色區(qū)域，紅色區(qū)域最大數(shù)值點蝸桿的嚙合齒上。通過ansys求解能得到此點受到的最大應力。節(jié)點解的等效應力云圖如圖5.4所示， 圖5.4等

42、效應力云圖同時等效位移云圖如圖5.5所示，圖5.5等效位移云圖5.7 結論通過對蝸桿的結構靜力學分析，最大等效應力為93.011mpa，發(fā)生在約束軸向位移嚙合點的齒面上。最大位移為0.268mm,發(fā)生在蝸輪蝸桿的接觸部位，最小位移為0.962um，發(fā)生在蝸桿的兩端。并且在承受扭矩的情況下運動，不會發(fā)生大的位移，可位移量很小，結構很緊湊。第6章 螺旋千斤頂?shù)娜S建模6.1 蝸桿的三維建模蝸桿采用參數(shù)化建模：參數(shù)根據(jù)之前蝸桿的設計參數(shù)如圖6.1所示圖6.1 蝸桿參數(shù)表參數(shù)關系如下圖6.2所示圖6.2蝸桿參數(shù)圖生成的蝸桿圖形。如圖6.3所示圖6.3 蝸桿三維模型6.2 蝸輪的三維建模蝸輪同樣采用參數(shù)

43、化建模參數(shù)關系，如圖6.4所示圖6.4 蝸輪參數(shù)關系表曲線標識如圖6.5所示圖6.5 曲線標識草繪圖曲面標識如圖6.6所示圖6.6 曲面標識掃描經(jīng)伸出項標識，倒角，剪切，拉伸之后。形成渦輪。如圖6.7所示圖6.7 蝸輪三維圖6.3 螺桿的三維建模草繪尺寸，如圖6.8所示圖6.8 螺桿草繪尺寸圖切剪標識的螺紋截面如圖6.9所示圖6.9 螺紋牙截面圖螺旋掃描伸出項并拉伸生成花鍵，完成建模。如圖6.10所示圖6.10 螺桿三維圖6.4 螺母的三維建模旋轉草繪尺寸如圖6.11所示圖6.11 螺母草繪尺寸切剪標識的掃引軌跡如圖6.12所示圖6.12 剪切掃引軌跡螺紋掃描切口完成三維建模如圖6.13所示圖

44、6.13 螺母三維圖6.5 千斤頂?shù)难b配電動螺旋千斤頂?shù)难b配：渦輪與蝸桿之間在生成空間垂直距離為中心距的兩軸之后，進行銷釘連接。面約束之后。完成裝配。蝸輪與螺桿之間通過圓柱配合和滑動桿副連接之后，將螺母與螺桿進行圓柱約束再形成槽副連接。并固定螺母。即可完成裝配。如圖6.14所示圖6.14 裝配圖6.6 千斤頂?shù)姆抡媲Ы镯數(shù)姆抡娌捎胹olidworks。將千斤頂?shù)母髁慵D換成igs格式文件之后，在solidworks中識別生成零件。然后進行裝配，后添加馬達形成仿真文件。如圖6.15所示圖6.15 仿真截圖設計總結本次畢業(yè)設計在劉老師的精心指導下，終于落下帷幕。在本次設計遇到的瓶頸，劉老師給予了我

45、很大的支持和幫助，才有了今天這么完整的作品展示在我的面前。在設計之初，對于機構的選擇，經(jīng)過與劉老師仔細認真的探討，才進行整體的設計，后來在蝸桿的參數(shù)計算上，傳動比選擇上，也是多虧老師的精心指導，才一步步的突破瓶頸。在三維建模與仿真時。我也遇到了關于蝸桿渦輪畫法的不解，以及機構仿真的學習空白，導致寸步難行，后通過自學和老師的幫助。我也終于順利的解決面前的一切難題。本次設計的電動螺旋千斤頂機構，在選用200w功率，50000n·mm轉矩的微型直流電機帶動蝸桿轉動，通過蝸輪蝸桿20:1的傳動比產(chǎn)生744638.42n·mm的轉矩，通過花鍵進行扭矩的傳遞和導向，使絲杠傳動機構，進行

46、60r/min的旋轉速度和9mm/s的直線上升速度。來將重物頂起。并通過ansys軟件對蝸桿進行有限元分析中得出，蝸桿的等效最大應力為93.011mpa。最大等效軸向位移為0.268mm，最小等效位移為0.962um。均滿足機構要求。整個設計過程中，不管是在參數(shù)的設計計算和后期三維仿真以及簡單的有限元分析，我都是以一個學生的身份和設計者的雙重身份在進行著畢業(yè)論文的設計。我從中學會了很多專業(yè)上的知識。更加鞏固了自己的學術基礎。同時在劉老師的指導下。學會了多方面，多角度去看待問題。用一絲不茍的學術心態(tài)去處理問題。參考文獻1 鄭文心，趙海玲. 趙國水螺旋千斤頂?shù)脑O計計算j. 中國科技博覽，2011，

47、（15）.2 陸海濤.基于優(yōu)化設計的螺旋千斤頂三維零件庫的建立j. 起重運輸機械，2007（6）.3 張平，馬榮健. 王冬梅懸掛式螺旋千斤頂?shù)氖褂门c維護j. 起重運輸機械，2006（9）.4 王奕.摩擦角與螺旋千斤頂j. 技術物理教學，2004（2）.5 宋瑞銀.螺旋千斤頂螺紋副優(yōu)化設計j. 貴州工業(yè)大學學報：自然科學版，2001（4）.6 孫光東.自鎖現(xiàn)象在螺旋千斤頂中的應用 j.物理通報，2001（10）.7 劉純玉，張福廣.軋機螺旋千斤頂?shù)膰a(chǎn)化改造 j.山東冶金，1999（5）.8 劉純玉，張福廣.軋機螺旋千斤頂?shù)母倪M設計 j.冶金設備，1999（6）.9 郝子軍. 螺旋千斤頂?shù)脑O計計算j.筑路